ボルトの締付トルク検査装置と締付トルク検査方法
【課題】頭戻りが生じたボルトの締付トルクも正確に検出することができる締付トルク検査装置を提供する。
【解決手段】制御演算部は、ボルトの軸部の寸法および材料特性に関するデータを入力する手段と、入力されたデータに基いてボルトの軸部のねじりのばね定数Ｋを算出する手段と、トルク勾配線を算出する手段（ステップＳ１２）を有している。またこの制御演算部は、前記トルク勾配線が、変曲点を越えて傾きの小さなトルク勾配線に移行しかつ傾きが安定したことを判断する手段（ステップＳ１３）と、前記変曲点を越えたトルク勾配線の傾きが、前記ばね定数Ｋに１未満の安全率Ａをかけて得られる基準勾配線Ｚの傾きよりも小さいか否かを判断する手段（ステップＳ１４）と、該トルク勾配線の傾きが基準勾配線Ｚの傾きよりも小さいと判断されたときに、該トルク勾配線に基いて前記変曲点付近の締付トルクの推定値を求める手段（ステップＳ１５）を備えている。
【解決手段】制御演算部は、ボルトの軸部の寸法および材料特性に関するデータを入力する手段と、入力されたデータに基いてボルトの軸部のねじりのばね定数Ｋを算出する手段と、トルク勾配線を算出する手段（ステップＳ１２）を有している。またこの制御演算部は、前記トルク勾配線が、変曲点を越えて傾きの小さなトルク勾配線に移行しかつ傾きが安定したことを判断する手段（ステップＳ１３）と、前記変曲点を越えたトルク勾配線の傾きが、前記ばね定数Ｋに１未満の安全率Ａをかけて得られる基準勾配線Ｚの傾きよりも小さいか否かを判断する手段（ステップＳ１４）と、該トルク勾配線の傾きが基準勾配線Ｚの傾きよりも小さいと判断されたときに、該トルク勾配線に基いて前記変曲点付近の締付トルクの推定値を求める手段（ステップＳ１５）を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被締結体にねじ込まれたボルトの締付トルクを測定するための締付トルク検査装置と締付トルク検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば車両のエンジン部品や車体部品をはじめとして、各種の機器、構造物を構成する部品どうしを固定するために様々な種類のボルトが使われている。ボルトの用途によっては、その締付トルクを管理することはきわめて重要である。従来より、ボルトの締付トルクを測定するために、種々の測定方法あるいはトルク測定装置が提案されている。
【０００３】
例えば下記特許文献１に開示されている測定方法と、特許文献２に開示されているトルクレンチが公知である。特許文献１では、回転角度検出手段を備えたトルクレンチによってボルトの増し締めを行い、検出された回転角とトルクとに基いてトルク勾配を求め、このトルク勾配に基いて、ボルトの頭部が回転した瞬間（増し締め開始時）の締付トルクを推定している。
【０００４】
特許文献２に開示された増し締め検査用トルクレンチでは、ボルトの増し締めが開始された時のトルクをより正確に算出するために、ボルトの回転状態におけるトルク勾配線を仮想する第１の演算手段と、ボルトの静止状態におけるトルク勾配線を仮想する第２の演算手段と、第１の演算手段で得られた回動状態のトルク勾配線と第２の演算手段で得られた静止状態のトルク勾配線との交点を求め、該交点でのトルク値を測定トルク値とする第３の演算手段を備えている。
【特許文献１】特開２０００−７７８号公報
【特許文献２】特開２００２−１２０１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図５は、締結すべき一対の被締結体１，２と、被締結体１，２を締結するボルト３を示している。ボルト３は、頭部５と軸部６とを有している。軸部６は、ねじ山が形成されていない円柱状の荷重伝達部６ａと、ねじ山が形成されているねじ部６ｂとを有している。荷重伝達部６ａは、被締結体１に形成された貫通孔７に挿入されている。ねじ部６ｂは、被締結体２に形成されたねじ孔８にねじ込まれている。
【０００６】
レンチによってボルト３の頭部５にねじりの荷重（トルク）を負荷すると、頭部５に入力したトルクが軸部６の荷重伝達部６ａを介してねじ部６ｂに伝達されることにより、ねじ部６ｂがねじ孔８にねじ込まれる。このためボルト３の軸部６はトーションバー（ねじりばね）の一種として考えることができる。ボルト３を締付けたのち、頭部５に負荷した荷重を解除すると、頭部５は荷重伝達部６ａに蓄えられたねじりの弾性エネルギーによって逆方向に戻ろうとする。しかし頭部５と被締結体１との間に摩擦抵抗（摩擦トルク）が働くため、頭部５が戻ることが抑制される。
【０００７】
ボルトの種類によっては、レンチによる締付トルクが解除されたときに、ボルトの頭部が戻る現象が生じることがある。この明細書ではこの現象をボルトの「頭戻り」と称している。頭戻りは、荷重伝達部６ａに蓄えられた弾性エネルギーによる戻り方向のトルクが、頭部５と被締結体２との間の摩擦トルクに打ち勝ったときに発生する。
【０００８】
例えば図５に示された長尺なボルト３は、軸長Ｌ１が軸径Ｄの８〜１０倍以上あり、しかも荷重伝達部６ａの長さＬ２が軸径Ｄの６〜８倍以上もある。このため、頭部５にトルクが入力したときの荷重伝達部６ａのねじり量は、軸長が短いボルトのねじり量に比べて大である。このため長尺なボルトは頭戻りが生じやすいと言われている。また、ボルトの頭部と被締結体との間に油脂類が塗布されたボルト（いわゆるウエットなボルト）も頭戻りが生じやすいことが知られている。
【０００９】
図６は、頭戻りが生じていないボルトを増し締めしたときのレンチの回転角とトルクとの関係を示している。ボルトをねじ込む際には、線分Ｍ１で示すように、レンチの回転角が増加するにつれてトルクがほぼ一定の比率で増加する。ボルトの締付が完了し、レンチによる締付荷重を解除すると、線分Ｍ２で示すようにトルクが急降下する。そしてトルクがほぼゼロになると、レンチの撓み分だけ回転角が少し戻る。この締付状態のもとでは、ボルトの軸部にねじりの弾性エネルギーが蓄えられているため、頭部を逆方向に回転させるトルクが生じる。しかし頭部と被締結体との間に摩擦トルクが働いているため、この摩擦トルクが頭部を戻すトルクよりも大きければ、頭戻りが生じることはない。
【００１０】
前記ボルトを増し締めすると、図６に線分Ｍ３で示すようにレンチの回転に伴ってトルクが急速に立ち上がり、頭部が回転し始めるまでは、このトルク勾配線Ｍ３が維持される。トルクがさらに増大すると、ねじ部が動摩擦係数のもとで回転を始める。このため頭部が回転し始める直前にトルクの極大値Ｍ４が表れ、その直後にトルクが少し下がり、その後は傾きの小さいトルク勾配線Ｍ５で安定する。
【００１１】
前記特許文献２に開示されている増し締め検査用トルクレンチでは、前述した急傾斜のトルク勾配線Ｍ３と、緩傾斜のトルク勾配線Ｍ５との交点を求めることにより、ボルトのねじ部が回転し始めた時のトルクＴ０を仮想している。この従来技術によれば、静摩擦から動摩擦に移行するときに表れるトルクの極大値Ｍ４の影響を排除することができ、より正確な締付トルク値が得られると言われている。しかしこの従来技術では、頭戻りが生じたボルトを検査する場合に締付トルクを正確に測定できない事例が見られた。以下にその原因について述べる。
【００１２】
図７は、頭戻りが生じたボルトを増し締めしたときのレンチの回転角とトルクとの関係を示している。線分Ｍ６はボルトをねじ込んだときのトルク勾配線を示している。頭戻りが生じたボルトを増し締めすると、線分Ｍ７で示すように、増し締め開始後しばらくの間は、回転角の増加に伴ってトルクが急速に立ち上がる。そしてトルクＴ０´に達した時点で頭部５のみが回転を始める。このとき頭部５が回転することによって荷重伝達部６ａがねじられるが、ねじ部６ｂは静止しているため、線分Ｍ８で示すようにトルク勾配線の傾きが少し小さくなる。
【００１３】
このトルク勾配線Ｍ８は、軸部６の荷重伝達部６ａのばね定数に依存している。増し締めトルクが増大し、頭部５がさらに回転することによって頭部５の頭戻り分が吸収されると、荷重伝達部６ａのねじりが大となって、ねじ部６ｂも回転し始める、それ以降は、ねじ部６ｂが動摩擦係数のもとで回転するため、傾きが小さいトルク勾配線Ｍ９で安定する。
【００１４】
前述した従来の増し締め検査用トルクレンチでは、ボルトの回転状態におけるトルク勾配線を仮想する第１の演算手段と、ボルトの静止状態におけるトルク勾配線を仮想する第２の演算手段と、これら２種類のトルク勾配線の交点を締付トルク値として表示する第３の演算手段を有している。このため頭戻りが生じたボルトを増し締めした場合に、頭部のみが回転し始めたトルクＴ０´を締付トルク値として誤って表示してしまうことがある。このため表示された値が実際の締付トルクＴ０よりも１０〜２０％程度小さい値となる。
【００１５】
従って本発明の目的は、頭戻りが生じたボルトであっても、頭戻りが生じていないボルトと同様に正確に締付トルクを検出できるトルク検査装置とトルク検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のトルク検査装置は、ボルトの頭部を回転させるレンチ本体と、前記レンチ本体の回転角を検出する角度検出器と、前記ボルトの頭部に負荷されたトルクを検出するトルク検出器と、前記回転角と前記トルクとに基いて、前記ボルトの頭部に負荷されたトルクの変化を表すトルク勾配線を算出する制御演算部と、前記ボルトの軸部のねじりのばね定数Ｋに関するデータを前記制御演算部に入力する入力手段と、表示部とを有し、前記制御演算部は、前記入力手段によって入力された前記データに基いて前記ボルトの軸部のねじりのばね定数Ｋを得る手段と、前記制御演算部によって求められた前記トルク勾配線が、前記ボルトの頭部が回転する前の傾きの大きなトルク勾配線から変曲点を越えて前記ボルトの頭部が回転するトルク勾配線（傾きの小さなトルク勾配線）に移行しかつ傾きが安定したことを判断する勾配変化検出手段と、前記変曲点を越えたトルク勾配線の傾きが、前記ばね定数Ｋに１未満の安全率をかけて得られる基準勾配線の傾きよりも小さいか否かを判断する傾き判定手段と、前記変曲点を越えたトルク勾配線の傾きが前記基準勾配線の傾きよりも小さいと判断されたときに、該トルク勾配線に基いて前記変曲点付近の締付トルクの推定値を算出する締付トルク算出手段と、算出された締付トルクの推定値を前記表示部に表示する表示手段とを具備している。
【００１７】
また本発明のトルク検査方法は、ボルトの軸部のねじりのばね定数Ｋに関するデータを制御演算部に入力するステップと、前記データに基いて前記ボルトの軸部のねじりのばね定数Ｋを得るステップと、前記ボルトを回転させるレンチ本体の回転角とトルクとに基いてトルク勾配線を算出するステップと、前記トルク勾配線が前記ボルトの頭部が回転する前の傾きの大きなトルク勾配線から変曲点を越えて前記ボルトの頭部が回転するトルク勾配線（傾きの小さなトルク勾配線）に移行しかつ傾きが安定したことを判断するステップと、前記変曲点を越えたトルク勾配線の傾きが、前記ばね定数Ｋに１未満の安全率をかけて得られる基準勾配線の傾きよりも小さいか否かを判断するステップと、前記変曲点を越えたトルク勾配線の傾きが前記基準勾配線の傾きよりも小さいと判断されたときに、該トルク勾配線に基いて前記変曲点付近の締付トルクの推定値を算出するステップと、算出された締付トルクの推定値を表示するステップとを具備している。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、頭戻りが生じたボルトも、頭戻りが生じていないボルトと同様に、締付トルクをより正確に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の一実施形態に係るトルク検査装置とトルク検査方法について、図１から図４を参照して説明する。
図１は、締結すべき被締結体１，２と、被締結体１，２を締結するボルト３と、トルク検査装置１０とを示している。
【００２０】
ボルト３は、頭部５と軸部６とを有している。軸部６は、ねじ山が形成されていない円柱状の荷重伝達部６ａと、ねじ山が形成されているねじ部６ｂとを有している。荷重伝達部６ａは、被締結体１に形成された貫通孔７に挿入されている。ねじ部６ｂは、被締結体２のねじ孔８にねじ込まれている。このボルト３は、図５に示されたボルト３と同様に、軸径に比べて軸長が８〜１０倍以上ある長尺ボルトである。
【００２１】
トルク検査装置１０は、金属材料等によって棒状に形成されたレンチ本体１１と、レンチ本体１１の回転角度を検出するためのジャイロ機構等を有する角度検出器１２と、レンチ本体１１の先端部に配置されたジョイント部１３と、ジョイント部１３に入力したトルクを検出するトルク検出器１４と、制御演算部１５と、テンキー等の操作子を備えた入力部１６と、表示部１７などを備えている。
【００２２】
制御演算部１５には、角度検出器１２によって検出された電気的な角度信号と、トルク検出器１４によって検出された電気的なトルク信号が入力される。レンチ本体１１には、作業者が手で把持することのできるグリップ部１８が設けられていて、ボルト３の頭部５を回転させるトルクをレンチ本体１１に与えることができるようになっている。
【００２３】
ジョイント部１３に、ソケット部材２０が設けられている。必要に応じてジョイント部１３とソケット部材２０との間に、延長用の中間部材２１が設けられている。被締結体１の形状等の条件によっては、延長用の中間部材２１を省略することもできる。ソケット部材２０の先端には、ボルト３の頭部５に嵌合可能な凹部２２が形成されている。
【００２４】
制御演算部１５は、入力部１６から入力されたデータを記憶するメモリ３０と、後述する締付トルク値を求めるための演算処理等を実行するマイクロプロセッサおよびコンピュータプログラム等の演算手段を含んでいる。入力部１６を操作することにより、ボルト３の軸部６の寸法（例えば軸長，軸径）および材料特性に関するデータを、メモリ３０に入力することができる。すなわちボルト３の軸部６のばね定数に関与するデータが、入力部１６によって制御演算部１５に入力される。
【００２５】
制御演算部１５には、角度検出器１２によって検出された角度に関する信号と、トルク検出器１４によって検出されたトルクに関する信号がそれぞれ入力されるようになっている。制御演算部１５には、前記角度信号とトルク信号とに基いて、トルクの変化を表すトルク勾配線を求めるコンピュータプログラムが組込まれている。
【００２６】
以下に、本実施形態のトルク検査装置１０を用いてボルト３の締付トルクを検査する処理について、図２から図４を参照して説明する。図１に示すボルト３は、被締結体２のねじ孔８に予め所定の締付トルクでねじ込まれ、かつ、頭戻りが生じているとする。このボルト３の締付トルクをトルク検査装置１０によって測定する。
【００２７】
図２に示すステップＳ１において、トルク検査装置１０の前記入力部１６を操作することにより、ボルト３の軸長や軸径、材料特性等に関するデータをメモリ３０に入力する。ジョイント部１３に延長用の中間部材２１が使用されている場合には、中間部材２１のねじりのばね定数も考慮する必要があるため、中間部材２１のデータも入力する。レンチ本体１１やトルク検出器１４等の計測系に関する既知の値は、予め制御演算部１５に入力されていてもよい。このステップＳ１と入力部１６は、入力手段として機能する。
【００２８】
制御演算部１５は、入力された前記データに基き、ステップＳ２において、計測系とボルト３の軸部６の荷重伝達部６ａのねじりのばね定数Ｋを算出する。すなわちこのステップＳ２は、ばね定数算出手段として機能する。ステップＳ３ではカウンタ値ｎをゼロとする。
【００２９】
なお、ボルトの品番に応じてばね定数Ｋが判っている場合には、複数種類のボルトの品番と各品番ごとのばね定数を示すマップを予めメモリ３０に入力しておいてもよい。この場合、入力部１６によってボルトの品番を入力することにより、品番に応じたばね定数Ｋをメモリ３０から呼び出すことができる。
【００３０】
ソケット部材２０の凹部２２をボルト３の頭部５に嵌合させる。ステップＳ４においてレンチ本体１１を回転させることにより、ボルト３の頭部５に増し締め方向のトルクを負荷する。このトルクは、ステップＳ５において、トルク検出器１４によって検出される。
【００３１】
ステップＳ６において、レンチ本体１１と計測系の遊び分が吸収されたか否かが判断される。図４に線分Ｍ１０で示すように、レンチ本体１１の回転初期は、レンチ本体１１や計測系のねじり方向の遊び等が吸収されるため、トルクは実質的に増加しない。従って前記ステップＳ６では、トルクが所定値ＴＳを越えたか否かを判断する。トルクが所定値ＴＳを越えれば、レンチ本体１１の遊び等が吸収されたと判断し、図３に示すステップＳ７に進む。図４に線分Ｍ１１で示されるように、レンチ本体１１の遊び等が吸収されたのちは、回転角の増加に伴いトルクが急勾配で立ち上がる。
【００３２】
ステップＳ７では、角度検出器１２によってレンチ本体１１の回転角θｎとトルクＴｎが検出される。検出された回転角θｎとトルクＴｎは、ステップＳ８においてメモリ３０に記憶される。ステップＳ９ではカウンタを（ｎ＋１）に更新したのち、ステップＳ１０に進む。
【００３３】
ステップＳ１０では、カウンタ値ｎが２以上であるか否かが判断され、カウンタが２未満の場合にステップＳ１１に進み、回転角をΔθ分だけ進めてステップＳ７に戻る。
ステップＳ１０において、カウンタが２以上であればステップＳ１２に進む。このステップＳ１２では、例えば、現在の回転角θｎおよびトルク値Ｔｎと、１つ前の回転角θｎ−１およびトルク値Ｔｎ−１などに基いて、トルク勾配線が算出される。そしてステップＳ１３に進む。
【００３４】
ステップＳ１３では、ステップ１２で求めたトルク勾配線が変曲点を越えて変化したか否かが判断される。すなわちこのステップＳ１３は勾配変化検出手段として機能し、前記ステップ１２で求めたトルク勾配線が、頭部５が回転する前の傾きの大きなトルク勾配線（例えば図４に示すトルク勾配線Ｍ１１）から、変曲点を越えて傾きの小さなトルク勾配線（例えば図４に示すトルク勾配線Ｍ１２）に移行したか否かが判定される。
【００３５】
例えばこのステップＳ１３では、トルク勾配線Ｍ１１の傾きが、ステップＳ２で求めたばね定数Ｋの傾きよりも大きいか否かを判定し、トルク勾配線Ｍ１１の傾きがばね定数Ｋの傾きよりも大きいと判断されたとき、頭部５が回転していないと判断し、前記ステップＳ１１を経てステップＳ７に戻る。トルクが増加して頭部５が回転し始めると、第１の変曲点Ｈ１を越えて、傾きの小さいトルク勾配線Ｍ１２が現れる。このトルク勾配線Ｍ１２の傾きが安定するとステップＳ１４に進む。
【００３６】
ステップＳ１４では、変曲点を越えたトルク勾配線（例えば図４に示すトルク勾配線Ｍ１２）が、基準勾配線Ｚの傾きよりも小さいか否かが判断される。基準勾配線Ｚは、ステップＳ２で求めたばね定数Ｋに、１．０未満の安全率Ａ（例えば０．５）をかけて得られる定数である。安全率Ａの一例は０．５であるが、ボルトの材料特性や検出精度等に応じて、１．０未満の値を選定することができる。このステップＳ１４は、傾き判定手段として機能する。
【００３７】
ステップＳ１４では、トルク勾配線Ｍ１２の傾きが基準勾配線Ｚの傾きよりも大きいと判断する。この場合、頭部５が頭戻り分を回転しているため、再びステップＳ１１を経てステップＳ７に戻り、回転角が進んでステップＳ７〜Ｓ１４が繰り返される。
【００３８】
回転角が進むことによって頭部５に負荷されるトルクが増加し、荷重伝達部６ａのねじりが増加すると、このトルクが荷重伝達部６ａを介してねじ部６ｂに伝達され、ねじ部６ｂが回転を始める。そしてねじ部６ｂが回転する直前に、第２の変曲点Ｈ２と、トルクの極大値Ｍ１３が現れる。ねじ部６ｂが回転し始めると、動摩擦係数のもとでねじ部６ｂが回転し続けるため、トルクが極大値Ｍ１３から少し下がったのち、傾きが小さいトルク勾配線Ｍ１４（緩傾斜トルク勾配線）で安定する。
【００３９】
変曲点Ｈ２を越えたトルク勾配線Ｍ１４の傾きは、前述したトルク勾配線Ｍ１２の傾きよりもさらに小さくなる。しかも変曲点Ｈ２を越えたトルク勾配線Ｍ１４の傾きは、基準勾配線Ｚの傾きよりも小さい。そこでステップＳ１４では、トルク勾配線Ｍ１４の傾きが基準勾配線Ｚの傾きよりも小さいと判断し、ステップＳ１５に進む。
【００４０】
ステップＳ１５では、トルク勾配線Ｍ１４の傾きに基いて、変曲点Ｈ２付近の締付トルクの推定値Ｔ０を算出する。このステップＳ１５は締付トルク算出手段として機能する。例えば変曲点Ｈ２が現れたときの回転角をメモリ３０から呼び出し、トルク勾配線Ｍ１４に基いて締付トルクの推定値Ｔ０を算出する。あるいはトルク勾配線Ｍ１２，Ｍ１４の交点を算出することにより、締付トルクの推定値Ｔ０を求めてもよい。
【００４１】
算出された締付トルクの推定値Ｔ０は、ステップＳ１６おいて、表示部１７に表示される。このとき、レンチ本体１１に内蔵されたブザーが鳴動するようにプログラムが組まれていても良い。ステップＳ１６と表示部１７は、締付トルク値Ｔ０を表示するための表示手段として機能する。
【００４２】
以上説明したように、頭戻りを生じたボルト３では、頭部５が回転する前のトルク勾配線Ｍ１１と、頭部５のみが頭戻り分だけ回転するときのトルク勾配線Ｍ１２との間に、変曲点Ｈ１が存在することがある。このため従来の増し締め検査用トルクレンチでは、トルク勾配線Ｍ１１，Ｍ１２の交点を検出することによって得られるトルク値Ｔ０´を誤って表示してしまう可能性があった。
【００４３】
しかるに本実施形態のトルク検査装置１０では、頭戻りを生じているボルト３に対し、頭部５のみが回転したときのトルク勾配線Ｍ１２と、頭部５とねじ部６ｂとが回転したときのトルク勾配線Ｍ１４とを、それぞれ基準勾配線Ｚと比較している。そして基準勾配線Ｚと比較した結果に基いて、頭部５のみが回転したときのトルク勾配線Ｍ１２は無視し、ねじ部６ｂが回転したときのトルク勾配線Ｍ１４に基いて、締付トルクの推定値Ｔ０を求めている。このため、頭戻りを生じたボルトの締付トルクの推定値Ｔ０を正確に求めることができる。
【００４４】
本実施形態のトルク検査装置１０は、頭戻りが生じていないボルトの締付トルクも正確に検出することができる。頭戻りが生じていないボルトの場合、図６に示すように、頭部静止時の急傾斜のトルク勾配線Ｍ３から、トルクＴ０付近に生じる変曲点と極大値Ｍ１４を越えて、傾きの小さなトルク勾配線Ｍ５に移行する。このトルク勾配線Ｍ５の傾きが、図３に示すステップＳ１４において、基準勾配線Ｚ（＝Ｋ・Ａ）の傾きと比較される。トルク勾配線Ｍ５の傾きは基準勾配線Ｚの傾きよりも小さいため、ステップＳ１５に進み、トルク勾配線Ｍ５に基いて変曲点付近の締付トルクの推定値Ｔ０を求めることができる。
【００４５】
なお本発明を実施するに当たり、レンチ本体をはじめとして、角度検出器、トルク検出器、入力部、表示部、制御演算部等を種々に変更して実施できることは言うまでもない。また本発明は、六角形以外の形状の頭部を有するボルト、あるいは六角穴付きボルトの締付トルクを検出する場合にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態に係るトルク検査装置の側面図。
【図２】図１に示されたトルク検査装置の処理の一部を示すフローチャート。
【図３】図１に示されたトルク検査装置の処理の一部を示すフローチャート。
【図４】図１に示されたトルク検査装置によってボルトを締付けたときの回転角とトルクとの関係を示す図。
【図５】被締結体とボルトの一例を示す断面図。
【図６】図５に示されたボルトをレンチによって回転させたときの回転角とトルクとの関係を示す図。
【図７】頭戻りが生じたボルトを増し締めしたときのレンチの回転角とトルクとの関係を示す図。
【符号の説明】
【００４７】
１０…トルク検査装置
１１…レンチ本体
１２…角度検出器
１４…トルク検出器
１５…制御演算部
１６…入力部
１７…表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被締結体にねじ込まれたボルトの締付トルクを測定するための締付トルク検査装置と締付トルク検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば車両のエンジン部品や車体部品をはじめとして、各種の機器、構造物を構成する部品どうしを固定するために様々な種類のボルトが使われている。ボルトの用途によっては、その締付トルクを管理することはきわめて重要である。従来より、ボルトの締付トルクを測定するために、種々の測定方法あるいはトルク測定装置が提案されている。
【０００３】
例えば下記特許文献１に開示されている測定方法と、特許文献２に開示されているトルクレンチが公知である。特許文献１では、回転角度検出手段を備えたトルクレンチによってボルトの増し締めを行い、検出された回転角とトルクとに基いてトルク勾配を求め、このトルク勾配に基いて、ボルトの頭部が回転した瞬間（増し締め開始時）の締付トルクを推定している。
【０００４】
特許文献２に開示された増し締め検査用トルクレンチでは、ボルトの増し締めが開始された時のトルクをより正確に算出するために、ボルトの回転状態におけるトルク勾配線を仮想する第１の演算手段と、ボルトの静止状態におけるトルク勾配線を仮想する第２の演算手段と、第１の演算手段で得られた回動状態のトルク勾配線と第２の演算手段で得られた静止状態のトルク勾配線との交点を求め、該交点でのトルク値を測定トルク値とする第３の演算手段を備えている。
【特許文献１】特開２０００−７７８号公報
【特許文献２】特開２００２−１２０１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図５は、締結すべき一対の被締結体１，２と、被締結体１，２を締結するボルト３を示している。ボルト３は、頭部５と軸部６とを有している。軸部６は、ねじ山が形成されていない円柱状の荷重伝達部６ａと、ねじ山が形成されているねじ部６ｂとを有している。荷重伝達部６ａは、被締結体１に形成された貫通孔７に挿入されている。ねじ部６ｂは、被締結体２に形成されたねじ孔８にねじ込まれている。
【０００６】
レンチによってボルト３の頭部５にねじりの荷重（トルク）を負荷すると、頭部５に入力したトルクが軸部６の荷重伝達部６ａを介してねじ部６ｂに伝達されることにより、ねじ部６ｂがねじ孔８にねじ込まれる。このためボルト３の軸部６はトーションバー（ねじりばね）の一種として考えることができる。ボルト３を締付けたのち、頭部５に負荷した荷重を解除すると、頭部５は荷重伝達部６ａに蓄えられたねじりの弾性エネルギーによって逆方向に戻ろうとする。しかし頭部５と被締結体１との間に摩擦抵抗（摩擦トルク）が働くため、頭部５が戻ることが抑制される。
【０００７】
ボルトの種類によっては、レンチによる締付トルクが解除されたときに、ボルトの頭部が戻る現象が生じることがある。この明細書ではこの現象をボルトの「頭戻り」と称している。頭戻りは、荷重伝達部６ａに蓄えられた弾性エネルギーによる戻り方向のトルクが、頭部５と被締結体２との間の摩擦トルクに打ち勝ったときに発生する。
【０００８】
例えば図５に示された長尺なボルト３は、軸長Ｌ１が軸径Ｄの８〜１０倍以上あり、しかも荷重伝達部６ａの長さＬ２が軸径Ｄの６〜８倍以上もある。このため、頭部５にトルクが入力したときの荷重伝達部６ａのねじり量は、軸長が短いボルトのねじり量に比べて大である。このため長尺なボルトは頭戻りが生じやすいと言われている。また、ボルトの頭部と被締結体との間に油脂類が塗布されたボルト（いわゆるウエットなボルト）も頭戻りが生じやすいことが知られている。
【０００９】
図６は、頭戻りが生じていないボルトを増し締めしたときのレンチの回転角とトルクとの関係を示している。ボルトをねじ込む際には、線分Ｍ１で示すように、レンチの回転角が増加するにつれてトルクがほぼ一定の比率で増加する。ボルトの締付が完了し、レンチによる締付荷重を解除すると、線分Ｍ２で示すようにトルクが急降下する。そしてトルクがほぼゼロになると、レンチの撓み分だけ回転角が少し戻る。この締付状態のもとでは、ボルトの軸部にねじりの弾性エネルギーが蓄えられているため、頭部を逆方向に回転させるトルクが生じる。しかし頭部と被締結体との間に摩擦トルクが働いているため、この摩擦トルクが頭部を戻すトルクよりも大きければ、頭戻りが生じることはない。
【００１０】
前記ボルトを増し締めすると、図６に線分Ｍ３で示すようにレンチの回転に伴ってトルクが急速に立ち上がり、頭部が回転し始めるまでは、このトルク勾配線Ｍ３が維持される。トルクがさらに増大すると、ねじ部が動摩擦係数のもとで回転を始める。このため頭部が回転し始める直前にトルクの極大値Ｍ４が表れ、その直後にトルクが少し下がり、その後は傾きの小さいトルク勾配線Ｍ５で安定する。
【００１１】
前記特許文献２に開示されている増し締め検査用トルクレンチでは、前述した急傾斜のトルク勾配線Ｍ３と、緩傾斜のトルク勾配線Ｍ５との交点を求めることにより、ボルトのねじ部が回転し始めた時のトルクＴ０を仮想している。この従来技術によれば、静摩擦から動摩擦に移行するときに表れるトルクの極大値Ｍ４の影響を排除することができ、より正確な締付トルク値が得られると言われている。しかしこの従来技術では、頭戻りが生じたボルトを検査する場合に締付トルクを正確に測定できない事例が見られた。以下にその原因について述べる。
【００１２】
図７は、頭戻りが生じたボルトを増し締めしたときのレンチの回転角とトルクとの関係を示している。線分Ｍ６はボルトをねじ込んだときのトルク勾配線を示している。頭戻りが生じたボルトを増し締めすると、線分Ｍ７で示すように、増し締め開始後しばらくの間は、回転角の増加に伴ってトルクが急速に立ち上がる。そしてトルクＴ０´に達した時点で頭部５のみが回転を始める。このとき頭部５が回転することによって荷重伝達部６ａがねじられるが、ねじ部６ｂは静止しているため、線分Ｍ８で示すようにトルク勾配線の傾きが少し小さくなる。
【００１３】
このトルク勾配線Ｍ８は、軸部６の荷重伝達部６ａのばね定数に依存している。増し締めトルクが増大し、頭部５がさらに回転することによって頭部５の頭戻り分が吸収されると、荷重伝達部６ａのねじりが大となって、ねじ部６ｂも回転し始める、それ以降は、ねじ部６ｂが動摩擦係数のもとで回転するため、傾きが小さいトルク勾配線Ｍ９で安定する。
【００１４】
前述した従来の増し締め検査用トルクレンチでは、ボルトの回転状態におけるトルク勾配線を仮想する第１の演算手段と、ボルトの静止状態におけるトルク勾配線を仮想する第２の演算手段と、これら２種類のトルク勾配線の交点を締付トルク値として表示する第３の演算手段を有している。このため頭戻りが生じたボルトを増し締めした場合に、頭部のみが回転し始めたトルクＴ０´を締付トルク値として誤って表示してしまうことがある。このため表示された値が実際の締付トルクＴ０よりも１０〜２０％程度小さい値となる。
【００１５】
従って本発明の目的は、頭戻りが生じたボルトであっても、頭戻りが生じていないボルトと同様に正確に締付トルクを検出できるトルク検査装置とトルク検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明のトルク検査装置は、ボルトの頭部を回転させるレンチ本体と、前記レンチ本体の回転角を検出する角度検出器と、前記ボルトの頭部に負荷されたトルクを検出するトルク検出器と、前記回転角と前記トルクとに基いて、前記ボルトの頭部に負荷されたトルクの変化を表すトルク勾配線を算出する制御演算部と、前記ボルトの軸部のねじりのばね定数Ｋに関するデータを前記制御演算部に入力する入力手段と、表示部とを有し、前記制御演算部は、前記入力手段によって入力された前記データに基いて前記ボルトの軸部のねじりのばね定数Ｋを得る手段と、前記制御演算部によって求められた前記トルク勾配線が、前記ボルトの頭部が回転する前の傾きの大きなトルク勾配線から変曲点を越えて前記ボルトの頭部が回転するトルク勾配線（傾きの小さなトルク勾配線）に移行しかつ傾きが安定したことを判断する勾配変化検出手段と、前記変曲点を越えたトルク勾配線の傾きが、前記ばね定数Ｋに１未満の安全率をかけて得られる基準勾配線の傾きよりも小さいか否かを判断する傾き判定手段と、前記変曲点を越えたトルク勾配線の傾きが前記基準勾配線の傾きよりも小さいと判断されたときに、該トルク勾配線に基いて前記変曲点付近の締付トルクの推定値を算出する締付トルク算出手段と、算出された締付トルクの推定値を前記表示部に表示する表示手段とを具備している。
【００１７】
また本発明のトルク検査方法は、ボルトの軸部のねじりのばね定数Ｋに関するデータを制御演算部に入力するステップと、前記データに基いて前記ボルトの軸部のねじりのばね定数Ｋを得るステップと、前記ボルトを回転させるレンチ本体の回転角とトルクとに基いてトルク勾配線を算出するステップと、前記トルク勾配線が前記ボルトの頭部が回転する前の傾きの大きなトルク勾配線から変曲点を越えて前記ボルトの頭部が回転するトルク勾配線（傾きの小さなトルク勾配線）に移行しかつ傾きが安定したことを判断するステップと、前記変曲点を越えたトルク勾配線の傾きが、前記ばね定数Ｋに１未満の安全率をかけて得られる基準勾配線の傾きよりも小さいか否かを判断するステップと、前記変曲点を越えたトルク勾配線の傾きが前記基準勾配線の傾きよりも小さいと判断されたときに、該トルク勾配線に基いて前記変曲点付近の締付トルクの推定値を算出するステップと、算出された締付トルクの推定値を表示するステップとを具備している。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、頭戻りが生じたボルトも、頭戻りが生じていないボルトと同様に、締付トルクをより正確に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に本発明の一実施形態に係るトルク検査装置とトルク検査方法について、図１から図４を参照して説明する。
図１は、締結すべき被締結体１，２と、被締結体１，２を締結するボルト３と、トルク検査装置１０とを示している。
【００２０】
ボルト３は、頭部５と軸部６とを有している。軸部６は、ねじ山が形成されていない円柱状の荷重伝達部６ａと、ねじ山が形成されているねじ部６ｂとを有している。荷重伝達部６ａは、被締結体１に形成された貫通孔７に挿入されている。ねじ部６ｂは、被締結体２のねじ孔８にねじ込まれている。このボルト３は、図５に示されたボルト３と同様に、軸径に比べて軸長が８〜１０倍以上ある長尺ボルトである。
【００２１】
トルク検査装置１０は、金属材料等によって棒状に形成されたレンチ本体１１と、レンチ本体１１の回転角度を検出するためのジャイロ機構等を有する角度検出器１２と、レンチ本体１１の先端部に配置されたジョイント部１３と、ジョイント部１３に入力したトルクを検出するトルク検出器１４と、制御演算部１５と、テンキー等の操作子を備えた入力部１６と、表示部１７などを備えている。
【００２２】
制御演算部１５には、角度検出器１２によって検出された電気的な角度信号と、トルク検出器１４によって検出された電気的なトルク信号が入力される。レンチ本体１１には、作業者が手で把持することのできるグリップ部１８が設けられていて、ボルト３の頭部５を回転させるトルクをレンチ本体１１に与えることができるようになっている。
【００２３】
ジョイント部１３に、ソケット部材２０が設けられている。必要に応じてジョイント部１３とソケット部材２０との間に、延長用の中間部材２１が設けられている。被締結体１の形状等の条件によっては、延長用の中間部材２１を省略することもできる。ソケット部材２０の先端には、ボルト３の頭部５に嵌合可能な凹部２２が形成されている。
【００２４】
制御演算部１５は、入力部１６から入力されたデータを記憶するメモリ３０と、後述する締付トルク値を求めるための演算処理等を実行するマイクロプロセッサおよびコンピュータプログラム等の演算手段を含んでいる。入力部１６を操作することにより、ボルト３の軸部６の寸法（例えば軸長，軸径）および材料特性に関するデータを、メモリ３０に入力することができる。すなわちボルト３の軸部６のばね定数に関与するデータが、入力部１６によって制御演算部１５に入力される。
【００２５】
制御演算部１５には、角度検出器１２によって検出された角度に関する信号と、トルク検出器１４によって検出されたトルクに関する信号がそれぞれ入力されるようになっている。制御演算部１５には、前記角度信号とトルク信号とに基いて、トルクの変化を表すトルク勾配線を求めるコンピュータプログラムが組込まれている。
【００２６】
以下に、本実施形態のトルク検査装置１０を用いてボルト３の締付トルクを検査する処理について、図２から図４を参照して説明する。図１に示すボルト３は、被締結体２のねじ孔８に予め所定の締付トルクでねじ込まれ、かつ、頭戻りが生じているとする。このボルト３の締付トルクをトルク検査装置１０によって測定する。
【００２７】
図２に示すステップＳ１において、トルク検査装置１０の前記入力部１６を操作することにより、ボルト３の軸長や軸径、材料特性等に関するデータをメモリ３０に入力する。ジョイント部１３に延長用の中間部材２１が使用されている場合には、中間部材２１のねじりのばね定数も考慮する必要があるため、中間部材２１のデータも入力する。レンチ本体１１やトルク検出器１４等の計測系に関する既知の値は、予め制御演算部１５に入力されていてもよい。このステップＳ１と入力部１６は、入力手段として機能する。
【００２８】
制御演算部１５は、入力された前記データに基き、ステップＳ２において、計測系とボルト３の軸部６の荷重伝達部６ａのねじりのばね定数Ｋを算出する。すなわちこのステップＳ２は、ばね定数算出手段として機能する。ステップＳ３ではカウンタ値ｎをゼロとする。
【００２９】
なお、ボルトの品番に応じてばね定数Ｋが判っている場合には、複数種類のボルトの品番と各品番ごとのばね定数を示すマップを予めメモリ３０に入力しておいてもよい。この場合、入力部１６によってボルトの品番を入力することにより、品番に応じたばね定数Ｋをメモリ３０から呼び出すことができる。
【００３０】
ソケット部材２０の凹部２２をボルト３の頭部５に嵌合させる。ステップＳ４においてレンチ本体１１を回転させることにより、ボルト３の頭部５に増し締め方向のトルクを負荷する。このトルクは、ステップＳ５において、トルク検出器１４によって検出される。
【００３１】
ステップＳ６において、レンチ本体１１と計測系の遊び分が吸収されたか否かが判断される。図４に線分Ｍ１０で示すように、レンチ本体１１の回転初期は、レンチ本体１１や計測系のねじり方向の遊び等が吸収されるため、トルクは実質的に増加しない。従って前記ステップＳ６では、トルクが所定値ＴＳを越えたか否かを判断する。トルクが所定値ＴＳを越えれば、レンチ本体１１の遊び等が吸収されたと判断し、図３に示すステップＳ７に進む。図４に線分Ｍ１１で示されるように、レンチ本体１１の遊び等が吸収されたのちは、回転角の増加に伴いトルクが急勾配で立ち上がる。
【００３２】
ステップＳ７では、角度検出器１２によってレンチ本体１１の回転角θｎとトルクＴｎが検出される。検出された回転角θｎとトルクＴｎは、ステップＳ８においてメモリ３０に記憶される。ステップＳ９ではカウンタを（ｎ＋１）に更新したのち、ステップＳ１０に進む。
【００３３】
ステップＳ１０では、カウンタ値ｎが２以上であるか否かが判断され、カウンタが２未満の場合にステップＳ１１に進み、回転角をΔθ分だけ進めてステップＳ７に戻る。
ステップＳ１０において、カウンタが２以上であればステップＳ１２に進む。このステップＳ１２では、例えば、現在の回転角θｎおよびトルク値Ｔｎと、１つ前の回転角θｎ−１およびトルク値Ｔｎ−１などに基いて、トルク勾配線が算出される。そしてステップＳ１３に進む。
【００３４】
ステップＳ１３では、ステップ１２で求めたトルク勾配線が変曲点を越えて変化したか否かが判断される。すなわちこのステップＳ１３は勾配変化検出手段として機能し、前記ステップ１２で求めたトルク勾配線が、頭部５が回転する前の傾きの大きなトルク勾配線（例えば図４に示すトルク勾配線Ｍ１１）から、変曲点を越えて傾きの小さなトルク勾配線（例えば図４に示すトルク勾配線Ｍ１２）に移行したか否かが判定される。
【００３５】
例えばこのステップＳ１３では、トルク勾配線Ｍ１１の傾きが、ステップＳ２で求めたばね定数Ｋの傾きよりも大きいか否かを判定し、トルク勾配線Ｍ１１の傾きがばね定数Ｋの傾きよりも大きいと判断されたとき、頭部５が回転していないと判断し、前記ステップＳ１１を経てステップＳ７に戻る。トルクが増加して頭部５が回転し始めると、第１の変曲点Ｈ１を越えて、傾きの小さいトルク勾配線Ｍ１２が現れる。このトルク勾配線Ｍ１２の傾きが安定するとステップＳ１４に進む。
【００３６】
ステップＳ１４では、変曲点を越えたトルク勾配線（例えば図４に示すトルク勾配線Ｍ１２）が、基準勾配線Ｚの傾きよりも小さいか否かが判断される。基準勾配線Ｚは、ステップＳ２で求めたばね定数Ｋに、１．０未満の安全率Ａ（例えば０．５）をかけて得られる定数である。安全率Ａの一例は０．５であるが、ボルトの材料特性や検出精度等に応じて、１．０未満の値を選定することができる。このステップＳ１４は、傾き判定手段として機能する。
【００３７】
ステップＳ１４では、トルク勾配線Ｍ１２の傾きが基準勾配線Ｚの傾きよりも大きいと判断する。この場合、頭部５が頭戻り分を回転しているため、再びステップＳ１１を経てステップＳ７に戻り、回転角が進んでステップＳ７〜Ｓ１４が繰り返される。
【００３８】
回転角が進むことによって頭部５に負荷されるトルクが増加し、荷重伝達部６ａのねじりが増加すると、このトルクが荷重伝達部６ａを介してねじ部６ｂに伝達され、ねじ部６ｂが回転を始める。そしてねじ部６ｂが回転する直前に、第２の変曲点Ｈ２と、トルクの極大値Ｍ１３が現れる。ねじ部６ｂが回転し始めると、動摩擦係数のもとでねじ部６ｂが回転し続けるため、トルクが極大値Ｍ１３から少し下がったのち、傾きが小さいトルク勾配線Ｍ１４（緩傾斜トルク勾配線）で安定する。
【００３９】
変曲点Ｈ２を越えたトルク勾配線Ｍ１４の傾きは、前述したトルク勾配線Ｍ１２の傾きよりもさらに小さくなる。しかも変曲点Ｈ２を越えたトルク勾配線Ｍ１４の傾きは、基準勾配線Ｚの傾きよりも小さい。そこでステップＳ１４では、トルク勾配線Ｍ１４の傾きが基準勾配線Ｚの傾きよりも小さいと判断し、ステップＳ１５に進む。
【００４０】
ステップＳ１５では、トルク勾配線Ｍ１４の傾きに基いて、変曲点Ｈ２付近の締付トルクの推定値Ｔ０を算出する。このステップＳ１５は締付トルク算出手段として機能する。例えば変曲点Ｈ２が現れたときの回転角をメモリ３０から呼び出し、トルク勾配線Ｍ１４に基いて締付トルクの推定値Ｔ０を算出する。あるいはトルク勾配線Ｍ１２，Ｍ１４の交点を算出することにより、締付トルクの推定値Ｔ０を求めてもよい。
【００４１】
算出された締付トルクの推定値Ｔ０は、ステップＳ１６おいて、表示部１７に表示される。このとき、レンチ本体１１に内蔵されたブザーが鳴動するようにプログラムが組まれていても良い。ステップＳ１６と表示部１７は、締付トルク値Ｔ０を表示するための表示手段として機能する。
【００４２】
以上説明したように、頭戻りを生じたボルト３では、頭部５が回転する前のトルク勾配線Ｍ１１と、頭部５のみが頭戻り分だけ回転するときのトルク勾配線Ｍ１２との間に、変曲点Ｈ１が存在することがある。このため従来の増し締め検査用トルクレンチでは、トルク勾配線Ｍ１１，Ｍ１２の交点を検出することによって得られるトルク値Ｔ０´を誤って表示してしまう可能性があった。
【００４３】
しかるに本実施形態のトルク検査装置１０では、頭戻りを生じているボルト３に対し、頭部５のみが回転したときのトルク勾配線Ｍ１２と、頭部５とねじ部６ｂとが回転したときのトルク勾配線Ｍ１４とを、それぞれ基準勾配線Ｚと比較している。そして基準勾配線Ｚと比較した結果に基いて、頭部５のみが回転したときのトルク勾配線Ｍ１２は無視し、ねじ部６ｂが回転したときのトルク勾配線Ｍ１４に基いて、締付トルクの推定値Ｔ０を求めている。このため、頭戻りを生じたボルトの締付トルクの推定値Ｔ０を正確に求めることができる。
【００４４】
本実施形態のトルク検査装置１０は、頭戻りが生じていないボルトの締付トルクも正確に検出することができる。頭戻りが生じていないボルトの場合、図６に示すように、頭部静止時の急傾斜のトルク勾配線Ｍ３から、トルクＴ０付近に生じる変曲点と極大値Ｍ１４を越えて、傾きの小さなトルク勾配線Ｍ５に移行する。このトルク勾配線Ｍ５の傾きが、図３に示すステップＳ１４において、基準勾配線Ｚ（＝Ｋ・Ａ）の傾きと比較される。トルク勾配線Ｍ５の傾きは基準勾配線Ｚの傾きよりも小さいため、ステップＳ１５に進み、トルク勾配線Ｍ５に基いて変曲点付近の締付トルクの推定値Ｔ０を求めることができる。
【００４５】
なお本発明を実施するに当たり、レンチ本体をはじめとして、角度検出器、トルク検出器、入力部、表示部、制御演算部等を種々に変更して実施できることは言うまでもない。また本発明は、六角形以外の形状の頭部を有するボルト、あるいは六角穴付きボルトの締付トルクを検出する場合にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態に係るトルク検査装置の側面図。
【図２】図１に示されたトルク検査装置の処理の一部を示すフローチャート。
【図３】図１に示されたトルク検査装置の処理の一部を示すフローチャート。
【図４】図１に示されたトルク検査装置によってボルトを締付けたときの回転角とトルクとの関係を示す図。
【図５】被締結体とボルトの一例を示す断面図。
【図６】図５に示されたボルトをレンチによって回転させたときの回転角とトルクとの関係を示す図。
【図７】頭戻りが生じたボルトを増し締めしたときのレンチの回転角とトルクとの関係を示す図。
【符号の説明】
【００４７】
１０…トルク検査装置
１１…レンチ本体
１２…角度検出器
１４…トルク検出器
１５…制御演算部
１６…入力部
１７…表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルトの頭部を回転させるレンチ本体と、
前記レンチ本体の回転角を検出する角度検出器と、
前記ボルトの頭部に負荷されたトルクを検出するトルク検出器と、
前記回転角と前記トルクとに基いて、前記ボルトの頭部に負荷されたトルクの変化を表すトルク勾配線を算出する制御演算部と、
前記ボルトの軸部のねじりのばね定数に関するデータを前記制御演算部に入力する入力手段と、
表示部とを有し、
前記制御演算部は、
前記入力手段によって入力された前記データに基いて前記ボルトの軸部のねじりのばね定数を得る手段と、
前記制御演算部によって求められた前記トルク勾配線が、前記ボルトの頭部が回転する前のトルク勾配線から変曲点を越えて前記ボルトの頭部が回転するトルク勾配線に移行しかつ傾きが安定したことを判断する勾配変化検出手段と、
前記変曲点を越えたトルク勾配線の傾きが、前記ばね定数に１未満の安全率をかけて得られる基準勾配線の傾きよりも小さいか否かを判断する傾き判定手段と、
前記変曲点を越えたトルク勾配線の傾きが前記基準勾配線の傾きよりも小さいと判断されたときに、該トルク勾配線に基いて前記変曲点付近の締付トルクの推定値を算出する締付トルク算出手段と、
算出された締付トルクの推定値を前記表示部に表示する表示手段と、
を具備したことを特徴とするボルトの締付トルク検査装置。
【請求項２】
前記制御演算部は、前記入力手段によって入力された前記ボルトの軸部の寸法および材料特性に関するデータに基いて、前記ボルトの軸部のねじりのばね定数を算出するばね定数算出手段を具備していることを特徴とする請求項１に記載の締付トルク検査装置。
【請求項３】
ボルトの締付トルクを検査する方法であって、
前記ボルトの軸部のねじりのばね定数に関するデータを制御演算部に入力するステップと、
前記データに基いて前記ボルトの軸部のねじりのばね定数を得るステップと、
前記ボルトを回転させるレンチ本体の回転角とトルクとに基いてトルク勾配線を算出するステップと、
前記トルク勾配線が前記ボルトの頭部が回転する前のトルク勾配線から変曲点を越えて前記ボルトの頭部が回転するトルク勾配線に移行しかつ傾きが安定したことを判断するステップと、
前記変曲点を越えたトルク勾配線の傾きが、前記ばね定数に１未満の安全率をかけて得られる基準勾配線の傾きよりも小さいか否かを判断するステップと、
前記変曲点を越えたトルク勾配線の傾きが前記基準勾配線の傾きよりも小さいと判断されたときに、該トルク勾配線に基いて前記変曲点付近の締付トルクの推定値を算出するステップと、
算出された締付トルクの推定値を表示するステップと、
を具備したことを特徴とする締付トルク検査方法。
【請求項１】
ボルトの頭部を回転させるレンチ本体と、
前記レンチ本体の回転角を検出する角度検出器と、
前記ボルトの頭部に負荷されたトルクを検出するトルク検出器と、
前記回転角と前記トルクとに基いて、前記ボルトの頭部に負荷されたトルクの変化を表すトルク勾配線を算出する制御演算部と、
前記ボルトの軸部のねじりのばね定数に関するデータを前記制御演算部に入力する入力手段と、
表示部とを有し、
前記制御演算部は、
前記入力手段によって入力された前記データに基いて前記ボルトの軸部のねじりのばね定数を得る手段と、
前記制御演算部によって求められた前記トルク勾配線が、前記ボルトの頭部が回転する前のトルク勾配線から変曲点を越えて前記ボルトの頭部が回転するトルク勾配線に移行しかつ傾きが安定したことを判断する勾配変化検出手段と、
前記変曲点を越えたトルク勾配線の傾きが、前記ばね定数に１未満の安全率をかけて得られる基準勾配線の傾きよりも小さいか否かを判断する傾き判定手段と、
前記変曲点を越えたトルク勾配線の傾きが前記基準勾配線の傾きよりも小さいと判断されたときに、該トルク勾配線に基いて前記変曲点付近の締付トルクの推定値を算出する締付トルク算出手段と、
算出された締付トルクの推定値を前記表示部に表示する表示手段と、
を具備したことを特徴とするボルトの締付トルク検査装置。
【請求項２】
前記制御演算部は、前記入力手段によって入力された前記ボルトの軸部の寸法および材料特性に関するデータに基いて、前記ボルトの軸部のねじりのばね定数を算出するばね定数算出手段を具備していることを特徴とする請求項１に記載の締付トルク検査装置。
【請求項３】
ボルトの締付トルクを検査する方法であって、
前記ボルトの軸部のねじりのばね定数に関するデータを制御演算部に入力するステップと、
前記データに基いて前記ボルトの軸部のねじりのばね定数を得るステップと、
前記ボルトを回転させるレンチ本体の回転角とトルクとに基いてトルク勾配線を算出するステップと、
前記トルク勾配線が前記ボルトの頭部が回転する前のトルク勾配線から変曲点を越えて前記ボルトの頭部が回転するトルク勾配線に移行しかつ傾きが安定したことを判断するステップと、
前記変曲点を越えたトルク勾配線の傾きが、前記ばね定数に１未満の安全率をかけて得られる基準勾配線の傾きよりも小さいか否かを判断するステップと、
前記変曲点を越えたトルク勾配線の傾きが前記基準勾配線の傾きよりも小さいと判断されたときに、該トルク勾配線に基いて前記変曲点付近の締付トルクの推定値を算出するステップと、
算出された締付トルクの推定値を表示するステップと、
を具備したことを特徴とする締付トルク検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−１３１９２５（Ｐ２００９−１３１９２５Ａ）
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０９０６７（Ｐ２００７−３０９０６７）
【出願日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【出願人】（３０３００２１５８）三菱ふそうトラック・バス株式会社 (1,037)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１８日（２００９．６．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２９日（２００７．１１．２９）
【出願人】（３０３００２１５８）三菱ふそうトラック・バス株式会社 (1,037)
【Ｆターム（参考）】
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